Счетчик (цифровой) - Counter (digital)

Эта статья посвящена термину счетчик, который используется в электронике, вычислительной технике и механических счетных устройствах. Для использования в других целях см. Счетчик (значения).
Напряжение изменяется на 5 выходах двоичного счетчика отсчета от 00000, слева до 11111 (или 31), справа (по вертикали).

В цифровая логика и вычисление, а прилавок это устройство, которое сохраняет (а иногда и отображает), сколько раз мероприятие или же процесс произошло, часто в связи с Часы. Самый распространенный тип - это последовательный цифровая логика цепь с входной линией, называемой Часы и несколько выходных линий. Значения в выходных строках представляют собой числа в двоичный или же BCD система счисления. Каждый импульс, подаваемый на вход часов приращения или же уменьшает число в счетчике.

Схема счетчика обычно состоит из нескольких шлепки подключены каскадом. Счетчики - очень широко используемый компонент в цифровые схемы, и производятся как отдельные интегральные схемы а также включены в состав более крупных интегральных схем.

Электронные счетчики

An электронный счетчик последовательная логика схема, которая имеет тактовый входной сигнал и группу выходных сигналов, которые представляют собой целое число «счетчиков». После каждого квалифицированного фронта тактового сигнала схема будет увеличивать (или уменьшать, в зависимости от конструкции схемы) счетчики. Когда счетчики достигли конца счетной последовательности (максимальное количество счетчиков при увеличении; нулевое значение при уменьшении), следующие часы вызовут переполнение или уменьшение счетчика, и последовательность счета начнется заново. Внутри счетчики используют триггеры для представления текущих счетчиков и для удержания счетчиков между часами. В зависимости от типа счетчика вывод может быть прямым представлением счетчиков (двоичное число) или может быть закодирован. Примеры последних включают счетчики звонков и счетчики, которые выводят коды Грея.

Многие счетчики предоставляют дополнительные входные сигналы для облегчения динамического управления последовательностью счета, например:

  • Сброс - обнуление счетчиков. Некоторые производители ИС называют это «сбросом» или «общим сбросом» (MR).
  • Включить - разрешает или запрещает подсчет.
  • Направление - определяет, будет ли количество увеличиваться или уменьшаться.
  • Данные - данные параллельного ввода, которые представляют собой определенное значение счетчика.
  • Загрузить - копирует данные параллельного ввода в счетчики.

Некоторые счетчики обеспечивают вывод Terminal Count, который указывает, что следующие часы вызовут переполнение или недостаточное заполнение. Это обычно используется для реализации каскадирования счетчиков (объединение двух или более счетчиков для создания единого, большего счетчика) путем подключения выхода Terminal Count одного счетчика к входу Enable следующего счетчика.

Модуль счетчика - это количество состояний в его счетной последовательности. Максимально возможный модуль определяется количеством триггеров. Например, четырехбитный счетчик может иметь модуль до 16 (2 ^ 4).

Счетчики обычно классифицируются как синхронные или асинхронные. В синхронных счетчиках все триггеры используют общие часы и меняют состояние одновременно. В асинхронных счетчиках каждый триггер имеет уникальные часы, и состояния триггера меняются в разное время.

Синхронные счетчики подразделяются на разные категории. Например:

  • Счетчик модуля - считает через определенное количество состояний.
  • Счетчик декад - счетчик модуля 10 (считает до десяти состояний).
  • Счетчик вверх / вниз - считает как вверх, так и вниз в соответствии с управляющим входом.
  • Кольцевой счетчик - образован «круговой» регистр сдвига.
  • Счетчик Джонсона - а скрученный счетчик колец.
  • Счетчик кода Грея - выводит последовательность кодов Грея.

Счетчики реализуются различными способами, в том числе как выделенные. MSI и LSI интегральные схемы, как встроенные счетчики внутри ASIC, как универсальные счетчики и таймеры периферийных устройств в микроконтроллеры, и, как IP-блоки в ПЛИС.

Асинхронный (пульсирующий) счетчик

Асинхронный счетчик, созданный из двух Шлепанцы JK

Асинхронный (пульсирующий) счетчик представляет собой «цепочку» переключаемых (T) триггеров, в которой наименее значимый триггер (бит 0) синхронизируется внешним сигналом (входными часами счетчика), а все другие триггеры - синхронизируется выходом ближайшего, менее значимого триггера (например, бит 0 синхронизирует триггер бита 1, бит 1 синхронизирует триггер бита 2 и т. д.). Первый триггер синхронизируется по нарастающим фронтам; все остальные триггеры в цепочке синхронизируются по падающим краям часов. Каждый триггер вводит задержку от фронта тактового сигнала до переключения выхода, таким образом заставляя биты счетчика изменяться в разное время и создавая эффект пульсации при распространении тактового сигнала на входе по цепочке. При реализации с дискретными триггерами счетчики пульсаций обычно реализуются с Шлепанцы JK, при этом каждый триггер настроен на переключение при синхронизации (то есть, J и K оба подключены к высокому логическому уровню).

В простейшем случае однобитовый счетчик состоит из одного триггера. Этот счетчик будет увеличиваться (путем переключения своего выхода) один раз за такт и будет считать от нуля до единицы перед переполнением (начиная с нуля). Каждое состояние выхода соответствует двум тактовым циклам, и, следовательно, выходная частота триггера составляет ровно половину частоты входных тактовых импульсов. Если этот выход затем используется в качестве тактового сигнала для второго триггера, пара триггеров сформирует двухбитный счетчик пульсаций со следующей последовательностью состояний:

Цикл часовQ1Q0(Q1: Q0) десятичный
0000
1011
2102
3113
4000

Дополнительные триггеры могут быть добавлены к цепочке для формирования счетчиков любого произвольного размера слова с выходной частотой каждого бита, равной ровно половине частоты ближайшего, менее значимого бита.

Счетчики пульсаций демонстрируют нестабильные состояния на выходе, пока тактовый сигнал на входе распространяется по цепи. Продолжительность этой нестабильности (время установления выхода) пропорциональна количеству триггеров. Это делает счетчики пульсаций непригодными для использования в синхронные схемы которые требуют, чтобы счетчик имел быстрое время установления выхода. Кроме того, часто непрактично использовать выходные биты счетчика пульсаций в качестве тактовых сигналов для внешних схем, поскольку эффект пульсаций вызывает временной сдвиг между битами. Счетчики пульсаций обычно используются в качестве счетчиков общего назначения и делителей тактовой частоты в приложениях, где мгновенный отсчет и временной сдвиг не важны.

Синхронный счетчик

4-битный синхронный счетчик с использованием триггеров JK

В синхронном счетчике тактовые входы триггеров соединены вместе, и все триггеры одновременно запускаются общими часами. Следовательно, все триггеры изменяют состояние одновременно (параллельно).

Например, схема, показанная справа, представляет собой четырехразрядный синхронный счетчик с восходящим (восходящим) счетчиком, реализованный с помощью триггеров JK. Каждый бит этого счетчика может переключаться, когда все менее значимые биты находятся в высоком логическом состоянии. По нарастающему фронту тактового сигнала бит 1 переключается, если бит 0 имеет высокий логический уровень; бит 2 переключается, если биты 0 и 1 имеют высокий уровень; бит 3 переключается, если все биты 2, 1 и 0 имеют высокий уровень.

Счетчик декады

Схема декадного счетчика с использованием триггеров JK (74LS112D)

Десятилетний счетчик считается десятичным, а не двоичным. Счетчик декад может иметь каждую (то есть может считаться двоично-десятичный, как 7490 интегральная схема) или другие двоичные кодировки. Десятичный счетчик - это двоичный счетчик, рассчитанный на 1010 (десятичный 10). Обычный четырехступенчатый счетчик можно легко превратить в декадный, добавив логический элемент И-НЕ, как показано на схеме справа. Обратите внимание, что FF2 и FF4 предоставляют входы для логического элемента И-НЕ. Выходы логического элемента И-НЕ подключены к входу CLR каждого из FF ".[1] . Он считает от 0 до 9, а затем сбрасывается до нуля. Выход счетчика может быть установлен на ноль путем импульсного низкого уровня линии сброса. Затем счетчик увеличивается с каждым тактовым импульсом, пока не достигнет 1001 (десятичная 9). Когда он увеличивается до 1010 (десятичное 10), оба входа логического элемента И-НЕ становятся высокими. В результате выход NAND становится низким и сбрасывает счетчик на ноль. Понижение D может быть сигналом CARRY OUT, указывающим на то, что счет был десять.

Счетчик звонков

Основная статья: Счетчик звонков

Кольцевой счетчик - это регистр циклического сдвига, который запускается таким образом, что только один из его триггеров является единичным, а другие находятся в нулевом состоянии.

Кольцевой счетчик - это регистр сдвига (каскадное подключение шлепки ) с выходом последнего, подключенным к входу первого, то есть в кольцо. Обычно циркулирует шаблон, состоящий из одного бита, так что состояние повторяется каждые n тактов, если используется n триггеров.

Счетчик Джонсона

Основная статья: Счетчик Джонсона

А Счетчик Джонсона (или же счетчик хвостового кольца, счетчик витых колец, счетчик ходячих колец, или же Счетчик Мебиуса ) представляет собой модифицированный кольцевой счетчик, в котором выходной сигнал последнего каскада инвертируется и возвращается в качестве входа в первый каскад.[2][3][4] Регистр циклически перебирает последовательность битовых комбинаций, длина которой равна удвоенной длине регистра сдвига, продолжаясь бесконечно. Эти счетчики находят специализированные применения, в том числе такие, как декадный счетчик, цифро-аналоговое преобразование и т. Д. Их можно легко реализовать с помощью триггеров типа D или JK.

Счетчики информатики

Основная статья: Зарегистрировать машину

В теория вычислимости, а прилавок считается разновидностью памяти. Счетчик хранит один натуральное число (первоначально нуль ) и может быть сколь угодно длинным. Счетчик обычно рассматривается вместе с конечный автомат (FSM), который может выполнять со счетчиком следующие операции:

  • Проверить, равен ли счетчик нулю
  • Увеличьте счетчик на единицу.
  • Уменьшите счетчик на единицу (если он уже равен нулю, он не изменится).

Следующие машины перечислены в порядке мощности, каждая из которых строго более мощная, чем следующая:

  1. Детерминированный или недетерминированный автомат плюс два счетчика
  2. Недетерминированный автомат плюс один куча
  3. Недетерминированный автомат плюс один счетчик
  4. Детерминированный автомат плюс один счетчик
  5. Детерминированный или недетерминированный автомат.

Для первого и последнего не имеет значения, является ли конечный автомат детерминированный конечный автомат или недетерминированный конечный автомат. У них одинаковая сила. Первые два и последний - уровни Иерархия Хомского.

Первая машина, автомат плюс два счетчика, по мощности эквивалентна Машина Тьюринга. См. Статью о счетные машины для доказательства.

Веб-счетчик

Основная статья: Веб-счетчик

А веб-счетчик или же счетчик посещений это компьютерная программа, которая указывает количество посетителей или посещений определенного страница в Интернете получил. После настройки эти счетчики будут увеличиваться на единицу каждый раз при доступе к веб-странице в веб-браузер.

Номер обычно отображается как встроенный цифровое изображение или в простой текст или на физическом прилавке, таком как механический счетчик. Изображения могут быть представлены в различных шрифты, или стили; классический пример - колеса одометр.

Веб-счетчик был популярен в середине-конце 1990-х и начале 2000-х годов, позже его заменили более подробные и полные веб-трафик меры.

Компьютерные счетчики

Многие системы автоматизации используют ПК и ноутбуки для мониторинга различных параметров машин и производственных данных. Счетчики могут подсчитывать такие параметры, как количество произведенных изделий, номер партии продукции и измерения количества использованного материала.

Механические счетчики

Основная статья: Механический счетчик

Задолго до того, как электроника стала обычным явлением, для подсчета событий использовались механические устройства. Они известны как счетчики. Обычно они состоят из ряда дисков, установленных на оси, с цифрами от нуля до девяти, нанесенными на их края. Крайний правый диск перемещается на один шаг при каждом событии. Каждый диск, кроме самого левого, имеет выступ, который после завершения одного оборота перемещает следующий диск влево на один шаг. Такие счетчики использовались как одометры для велосипедов и автомобилей и в магнитофоны, ТРК, в производственном оборудовании, а также в другом оборудовании. Одним из крупнейших производителей была компания Veeder-Root, и их название часто использовалось для этого типа счетчиков.[5]

Ручной счетчики используются в основном для инвентаризации и подсчета посетителей мероприятий.

Электромеханический счетчики использовались для накопления итогов в счетные машины пионером в индустрии обработки данных.

  • Механические контрколеса с обеих сторон. Выступ на колесе, показанный вверху, зацепляет храповик на колесе под каждым поворотом.

  • Несколько механических счетчиков.

  • Ранняя табулирующая машина IBM с механическими счетчиками.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Счетчик декады». Комплексное издательское дело. Получено 19 мар. 2020.
  2. ^ Сингх, Арун Кумар (2006). Цифровые принципы - основа схемотехники и применения. Издатели New Age. ISBN  81-224-1759-0.
  3. ^ Горовиц, Пол; Хилл, Уинфилд (1989). Искусство электроники. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-37095-7.
  4. ^ Граф, Рудольф Ф (1999). Современный словарь электроники. Newnes. ISBN  0-7506-9866-7.
  5. ^ История VR, Видер.

внешняя ссылка